連續(xù)梁直線段施工托架設計及應用

劉建順

摘要： 文章結(jié)合連續(xù)梁施工，對連續(xù)梁直線段施工中的支架形式進行優(yōu)化，方便了施工使用，節(jié)約了施工時間，減少了成本消耗，保證了施工的安全，可為連續(xù)梁直線段施工提供參考和借鑒。

Abstract： In this paper， combining with the construction of continuous beam， the form of brackets in the construction of continuous beam straight section is optimized to facilitate the construction， save the construction time， reduce the cost and ensure the safety of the construction. This paper can provide reference for construction of continuous beam straight section.

關(guān)鍵詞： 高墩；連續(xù)梁；托架；設計

Key words： high pier；continuous beam；bracket；design

中圖分類號：U445 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）18-0140-06

0 引言

近年來，隨著高鐵的迅速發(fā)展，高墩大跨連續(xù)梁繁多且結(jié)構(gòu)形式復雜，在跨鐵路、公路線施工中連續(xù)梁中0號塊及邊跨直線段大多采用支架現(xiàn)澆法施工，其施工工序繁瑣、消費成本較大且施工時間長，施工極為不便，為方便施工，同時滿足施工時安全，我們對0號塊及邊跨直線段施工采用的支架形式進行了優(yōu)化設計，0號塊及邊跨直線段采用三角托架作為施工平臺，并對其進行了檢算。

1 工程概況

青榮城際鐵路第二項目部施工的線路全長18.111km，線路主要位于威海市經(jīng)區(qū)與環(huán)翠區(qū)，先后跨越多處市區(qū)公路線及一條鐵路專用線，其中橋梁合計8539.26延長米/10座，涉及跨青島南路等市區(qū)公路以及港區(qū)專用鐵路線的連續(xù)梁9處，合計需要施工的0號塊及邊跨直線段36個，連續(xù)梁主墩及邊墩墩身較高，設計普遍采用空心墩，高度17～40m不等，根據(jù)現(xiàn)場實際情況原計劃采用Ф630×12mm螺旋鋼管搭設鋼管支架進行現(xiàn)澆施工，由于圖紙到位較遲，工期緊張，且螺旋鋼管支架成本消耗較大，經(jīng)過優(yōu)化對比采用三角托架代替支架現(xiàn)澆。本文對現(xiàn)場邊跨直線段三角托架進行闡述，因本項目連續(xù)梁邊跨直線段除了截面中心處梁高不同其余結(jié)構(gòu)形式相同，在此考慮結(jié)構(gòu)自重時取最大值即采用（48+80+48）m跨連續(xù)梁直線段結(jié)構(gòu)進行設計計算。

2 三角托架設計

2.1 三角托架構(gòu)造

連續(xù)梁直線段的三角托架設計結(jié)構(gòu)由預埋件、牛腿、托架及各種縱橫梁構(gòu)成。

其中設計的三角托架沿順橋向安裝在橋墩壁外側(cè)，共設置6榀（32+40+32m連續(xù)梁采用5榀），用于支撐直線段懸臂端混凝土。

托架由水平桿、豎桿和斜桿構(gòu)成，其中預埋件、牛腿、托架均采用雙拼I36工字鋼，各桿之間均采用焊接，水平桿由精軋螺紋鋼與墩壁聯(lián)結(jié)，豎桿及斜桿直接支撐在牛腿上。

橫梁采用45a工字鋼，置于托架主節(jié)點上。作為底模桁架和各類縱梁的支座梁，并與其它縱橫梁組成平面板架結(jié)構(gòu)，以支撐底模和外側(cè)模。

平臺四周設置防護立柱和欄桿，立柱可直接焊在縱橫梁上。

有人員操作的縱橫梁上密鋪腳手板。

根據(jù)現(xiàn)場施工連續(xù)梁的圖紙，48+80+48m跨連續(xù)梁邊跨直線段長7.75m，其實際需要的墩身懸臂段長6m。

直線段與三角托架布置如圖1、圖2所示。

2.2 三角托架材料計算取值

所用材料為板材和型鋼，均為Q235型，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》（GB50017-2003）規(guī)定：

撓度容許值：L/400

Q235鋼：E=2.06×105 MPa

壁厚《16mm：[σ]=215 MPa [τ]=125 MPa

C35砼軸心抗壓強度標準值：fc=23.5MPa

I36a普通工字鋼部分截面特性如下：

截面慣性矩：Ix=15800cm4

截面抵抗矩：Wx=875cm3

腹板厚度：b=10mm

截面面積：A=76.48cm2

單位重量：m=60.037kN/m

45a普通工字鋼部分截面特性如下：

截面慣性矩：Ix=32200cm4

截面抵抗矩：Wx=1430cm3

腹板厚度：b=11.5mm

截面面積：A=102.446cm2

單位重量：m=80.42kg/m

2.3 三角托架受力荷載取值

根據(jù)《鐵路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，計算現(xiàn)澆段支架時，應考慮下列荷載：模板、支架自重；鋼筋混凝土的自重；施工人員、機具及其他荷載；振搗混凝土時產(chǎn)生的荷載。

采用48+80+48m直線段結(jié)構(gòu)形式，取梁頂板、底板、腹板最厚的尺寸截面如圖3所示。

混凝土自重：

取用墩頂之外部分的混凝土重量；

q1=0.96×26=24.96kN/m，q2=2.87×26=74.62kN/m

q3=2.00×26=52.00kN/m，q4=2.26×26=58.76kN/m

模板重量取混凝土重量的20%；

人員、機具荷載取2.5kN/m2；

靜載系數(shù)：1.2

動載系數(shù)1.4；

組合后的荷載為：

q1=24.96×1.2×1.2+2.5×1×1.4=39.44kN/m

同理求得：

q2=110.95kN/m，q3=78.38kN/m，q4=88.11kN/m。

2.4 三角托架受力情況檢算

2.4.1 三角托架縱向分配梁受力情況檢算

縱向分配梁采用45a工字鋼，在結(jié)構(gòu)力學求解器建立模型如圖4所示。

根據(jù)邊跨現(xiàn)澆段斷面圖可以知道在腹板處承載最大，選取腹板底下縱向分配梁來計算受力情況。

1）通過結(jié)構(gòu)力學求解器V2.0版建模得出：

彎矩圖如圖5所示；

剪力圖如圖6所示；

支反力圖7所示；

受力分析表如表1、表2所示（S2下縱梁）。

2）穩(wěn)定性驗算

最大撓度：

滿足《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》要求。

由以上分析及計算過程可得其他縱梁均滿足要求。

重復以上分析過程可得其他縱梁的支反力如表3所示。

2.4.2 三角托架橫向分配梁受力情況檢算

根據(jù)縱梁驗算結(jié)果可知，中橫梁受力最大，取中橫梁進行驗算，橫梁采用45a工字鋼，橫梁長度為12.2m。

通過結(jié)構(gòu)力學求解器V2.0版建模如圖8所示。

彎矩圖如圖9所示。

剪力圖如圖10所示。

支反力圖如圖11所示。

受力分析表如表4、表5所示（中橫梁）。

中橫梁穩(wěn)定性驗算：

滿足《鋼結(jié)構(gòu)設計規(guī)范》要求。

由以上分析及計算過程可得其他橫梁梁均滿足要求。

重復以上分析過程可得其他橫梁梁的支反力如表6所示。

2.4.3 三角托架橫穩(wěn)定性檢算

由橫梁驗算結(jié)果可知，1#/6#托架受力最大，因此取1#托架驗算即可。經(jīng)結(jié)構(gòu)力學求解器V2.0版建模計算：

彎矩圖如圖12所示、剪力圖如圖13所示、軸力圖如圖14所示、反力圖如圖15所示。

內(nèi)力計算結(jié)果如表7、表8所示。

1）橫梁驗算：橫梁為4、5、6單元，其中4單元受力最大，因此取4單元計算。

采用I36a雙拼工字鋼，按剪彎壓桿件計算：

抗剪滿足要求。

2）外斜桿驗算：7#/8#單元為外斜桿，取8#單元驗算采用I36a雙拼工字鋼，按

壓彎桿件計算：

滿足要求。

3）外豎桿驗算：采用I36a雙拼工字鋼，按受壓彎桿件計算：

抗彎滿足要求。

豎桿不進行抗剪驗算。

4）內(nèi)豎桿驗算：內(nèi)豎桿為9單元，采用I36a雙拼工字鋼，按壓彎桿件計算

5）內(nèi)斜桿驗算：內(nèi)斜桿為10單元，采用I36a雙拼工字鋼，為受拉桿件，顧不需驗算。

6）上預埋件（精軋螺紋鋼）驗算：每榀托架上部均由4根Ф32的精軋螺紋鋼承擔，截面面積A=804.2mm2，屈服點不小于785MPa，抗拉強度不下于980MPa，每根精軋鋼筋承擔的水平應力為：

抗拉滿足要求。

7）牛腿驗算：牛腿采用I36a雙拼工字鋼，按剪彎壓桿件計算

8）混凝土局部抗壓驗算：

式中： M——牛腿根部彎矩；

V——牛腿根部剪力；

Sd——牛腿埋入深度；

Wc——相當于埋入牛腿翼緣寬度和牛腿埋入深度的混凝土截面的模量；

fc——墩身混凝土局部允許應力C35fc=23.5MPa。

滿足要求。

綜合混凝土局部承壓和型鋼粘聚力所確定的數(shù)值取埋入深度h=900mm，滿足要求。

2.4.4 墩身整體穩(wěn)定性檢算

托架范圍內(nèi)墩身及墩頂范圍內(nèi)梁的混凝土自重約為：158m3

MG=158*9.8*1.75=2709.7kN·m

托架拉力產(chǎn)生的彎矩

MT=484.751*6.4*5=15512.032kN·m

Ф16鋼筋單根抗拉力：

445*103*0.75*200.96*10-6=67.07kN

以牛腿處為節(jié)點計算：

N*67.07*3.5+2709.7*1.75=15512.032kN·m

得N=45.88根，完全小于墩身一側(cè)鋼筋根數(shù)的設計值（約190根），因此墩身整體穩(wěn)定性滿足要求。

綜合以上驗算，該托架按照設計加工，即可滿足施工要求。

3 連續(xù)梁直線段三角托架預壓

3.1 托架預壓

對托架采用堆積1.5t砂袋按常規(guī)方法分級預壓，預壓重為箱梁自重的120%，并待托架的非彈性變形消除后，才能進行模板的安裝。試驗方法就是模擬該段砼梁的現(xiàn)澆過程，進行實際加載，以驗證并得出其承載能力。

預壓過程如下：

0→40%（持荷1h）→60%（持荷1h）→80%（持荷1h）→100%（持荷1h）→120%（持荷24h）→卸載。

非彈性變形值=加載前高程-卸載后高程；

彈性變形值=卸載后高程-卸載前高程。

預壓過程中進行精確的測量，可測出梁段荷載作用下托架將產(chǎn)生的彈性變形值，將此彈性變形值與施工控制中提出的其它因素需要設置的預拱度疊加，算出施工時應當采用的預拱度，按算出的預拱度調(diào)整底模標高。預壓完成后移除砂袋，根據(jù)直線段線形重新放樣，調(diào)整立模標高。

自加載完畢，最后兩次沉降量之差不大于2mm時即可卸載。卸載順序與加載順序相反，原則是后加載先卸，先加后卸。分級分批卸載。同時在卸載過程中，每批卸載后都應再次觀測一次托架變化，并繪制出托架卸載（時間——回彈）變化關(guān)系曲線。

通過加載和卸載變化曲線，對比分析托架彈性變形和非彈變形量。在卸載全部完畢后，在托架頂面上予以調(diào)整托架標高，消除非彈性變形，預留彈性變形上拱度。

托架搭設和頂面鋪設平整后，在搭設托架的橫梁上設置4個觀測點。在首次加載前先觀測一次，作為起始觀測值，以后每加載完畢觀測一次，至全部加載完畢，按精密水準測量作業(yè)要求，加載前觀測一次，加載后每天觀測兩次，直至24h連續(xù)沉降量小于1mm，認為托架已經(jīng)穩(wěn)定。

3.2 預壓注意事項

直線段注意加載時兩側(cè)同時加載，避免產(chǎn)生對墩身的偏壓；加載時注意進行觀測，發(fā)現(xiàn)異常變形立即停止加載；預壓時墩身周圍嚴禁上下交叉作業(yè)，安全人員劃出警戒范圍，嚴禁任何人員入內(nèi)；加載時現(xiàn)場有專人統(tǒng)一指揮；所有作業(yè)人員戴好安全帽，系好安全帶。

4 三角托架使用情況

由于項目連續(xù)梁圖紙到位較遲，施工工期緊張，且施工現(xiàn)場連續(xù)梁邊墩普遍較高，其中報信特大橋連續(xù)梁邊墩高達40m，工程所在地區(qū)又為沿海地區(qū)，季節(jié)性風力強，支架法施工邊墩直線段安全風險大，施工困難，施工周期長，對場地要求較高。為保證施工工期，同時滿足施工安全要求，項目在中后期施工中大量采用了三角托架施工邊墩直線段。

該施工方法優(yōu)點為：三角托架安裝時間較短，消耗鋼材較少，且加工拆除方面，周轉(zhuǎn)運輸便捷，對施工空間要求較小，施工過程可同步進行，施工干擾少。

項目先后在7個連續(xù)梁14處直線段施工中采用三角托架法施工，先后加工三角托架8組，消耗鋼材約為240T，如采用那個支架法施工需要消耗鋼材640T，節(jié)約成本200余萬元，并在3個月內(nèi)，先后合攏（32+48+32）m連續(xù)梁1處，合攏（40+64+40）m連續(xù)梁2處，合攏（48+80+48）m連續(xù)梁3處，極大地縮短了連續(xù)梁的施工工期，在施工過程中未出現(xiàn)安全事故，圓滿完成了年度施工任務。

傳統(tǒng)支架法是施工與三角托架法施工連續(xù)梁直線段對比情況如表9所示，由表9中可看出三角托架法較傳統(tǒng)支架法施工連續(xù)梁直線段消耗鋼材少，需要人工少，施工時間短，周轉(zhuǎn)運輸方便，同時不需要占用附近地面，減少跨路施工交通干擾，可以在連續(xù)梁直線段施工中推廣使用，節(jié)約了成本，節(jié)約工期，減少了必要的損耗。

三角托架在施工連續(xù)梁邊墩直線段施工中的使用情況見圖16。

5 結(jié)束語

在現(xiàn)場的連續(xù)梁直線段施工中，我們大量采用了三角托架法施工，極大方便了施工，壓縮了施工工期，同時保證了施工安全，實踐證明，三角托架法施工連續(xù)梁直線段能提高施工效率，減少成本的支出，是一種切實可行的施工方法。

參考文獻：

[1]邵東輝.長沙灣特大橋（40+2×64+40）m連續(xù)梁直線段施工技術(shù)[J].四川建材，2011，04：152-153.

[2]劉進寶.高墩連續(xù)梁邊跨直線段的技術(shù)探索[J].山西建筑，2013，12：155-156.

[3]魏強.連續(xù)梁0號節(jié)段三角托架設計[J].山西建筑，2013，14：146-147.

[4]褚宏艷.重載鐵路高墩連續(xù)梁邊跨直線段托架設計與施工技術(shù)[J].國防交通工程與技術(shù)，2013，S1：115-117，144.

[5]李志輝.大風低溫高對流區(qū)超高墩0號梁段施工托架設計[J].鐵道建筑技術(shù)，2013，09：16-19.

[6]張磊.懸空托架在連續(xù)剛構(gòu)橋邊跨現(xiàn)澆段施工中的應用[D].長安大學，2012.

[7]孫婉彬.黃延高速褳達溝特大橋1、5號墩0號段施工托架設計[A].中國公路學會.中國公路學會2005年學術(shù)年會論文集（上）[C].中國公路學會，2005：13.

[8]盧映錕.黃延高速褳達溝特大橋1、5～#墩0～#段施工托架設計[J].鐵道工程學報，2005，04：34-38.

[9]任銀.大體積0#塊分次澆筑托架受力計算模型及監(jiān)控技術(shù)研究[D].重慶交通大學，2011.

[10]趙天元.雙流特大橋連續(xù)梁“0+1”號梁段施工技術(shù)[J].鐵道標準設計，2007，08：93-96.